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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Hilfsrahmen für Kraftfahrzeuge gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
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Gattungsgemäße Hilfsrahmen sind über Lager oder starr am Aufbau des Kraftfahrzeugs befestigt und nehmen sowohl das Antriebsaggregat als auch über entsprechende, konsolenförmige Aufnahmen Lenker der Radaufhängungen auf. Die Tragholme des Hilfsrahmens können teils aus Rohrprofilen, teils aber auch aus zwei Halbschalen bestehen, die über Fügestellen wie zum Beispiel Schweißnähte fest zusammengefügt sind. Liegen diese Fügestellen in dem im Fahrbetrieb als Biegebalken belasteten Tragholm im Bereich dessen Obergurtes und Untergurtes, so beeinflussen sie die Festigkeit und damit die erforderliche Wandstärke der Halbschalen.
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Durch die
DE 196 04 942 A1 ist eine zweischalige Konstruktion eines Tragholms für Hilfsrahmen bekannt, bei dem die Halbschalen U-förmig ausgebildet und aufeinander aufgesetzt sind, so dass die Fügestellen etwa im mittleren Bereich des Tragholms und vom Obergurt und Untergurt entsprechend entfernt liegen. Damit sind zwar die Fügestellen in einen weniger zug- und druckbelasteten Spannungsbereich verlegt, jedoch sind die konstruktiven Möglichkeiten bei U-förmigen Halbschalen eingeschränkt, zum Beispiel betreffend die unmittelbare Anformung von Aufnahmekonsolen, etc.
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Aufgabe der Erfindung ist es, einen Hilfsrahmen für Kraftfahrzeuge vorzusehen, bei dem zumindest einer der Tragholme mit baulich geringem Aufwand an die auftretenden Belastungskriterien angepasst werden kann.
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Die Lösung dieser Aufgabe wird mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 erreicht. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen angeführt.
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Gemäß Anspruch 1 wird ein Hilfsrahmen für Kraftfahrzeuge vorgeschlagen, der sich aus zwei, im montierten Zustand im Wesentlichen in Fahrzeuglängsrichtung verlaufenden, längs ausgerichteten Tragholmen und zumindest einem quer verlaufenden Tragholm zusammensetzt und der Aufnahmen für Anbauteile, insbesondere für ein Antriebsaggregat und/oder für Lenkeranordnungen der Radaufhängung, aufweist, wobei zumindest ein Tragholm aus Halbschalen besteht, die mittels mehrerer in Tragholmlängsrichtung gegenüberliegender Fügeverbindungen zusammengefügt sind und die einen tragholmseitigen Ober- und Untergurt sowie diese verbindende Seitenwände ausbilden. Erfindungsgemäß ist der wenigstens eine durch die Halbschalen gebildete Tragholm in einem in Tragholmlängsrichtung gesehen mittleren Bereich derart hinsichtlich seiner Außenabmessungen und/oder hinsichtlich seines Außenquerschnittes gegenüber den sich an diesen mittleren Bereich nach außen hin anschließenden Tragholmaußenabschnitten verringert, dass dieser am Tragholm einen mittlerer Verjüngungs- und/oder Einschnürungsabschnitt ausbildet, wobei zumindest eine der einander in Tragholmlängsrichtung gegenüberliegenden Fügestellen wenigstens entlang des mittleren Bereiches des Tragholmes in einem von den Gurtbereichen beabstandeten Seitenwandbereich verläuft und eine seitenwandseitige Fügestelle ausbildet.
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Durch einen derart verjüngten bzw. eingeschnürten Mittenbereich des wenigstens einen in Schalenbauweise hergestellten Tragholmes werden die auftretenden Deformationen und damit Belastungen des Hilfsrahmens gezielt in diesen mittleren Bereich gelegt, wobei der Obergurt und der Untergurt durch die gleichzeitige Verlagerung wenigstens eines Teils der Fügestellen dieses mittleren Bereiches in den Bereich der vom Obergurt und Untergurt beabstandeten Seitenwände des Tragholmes zudem weiter vorteilhaft gezielt auf Belastungen bis zu deren Streckgrenze ausgelegt werden können. Daraus resultiert ein insgesamt spannungsoptimierter Aufbau des jeweiligen Trägers bzw. Tragholmes und damit ein hinsichtlich der Belastungen optimierter Aufbau des Hilfsrahmens. Denn durch die Verlagerung der Belastungszentren in den verjüngten Mittenbereich des Tragholmes wird beispielsweise erreicht, dass die besonders belasteten Außenbereiche des Hilfsrahmens, die Fügestellen der Lenkeraufnahmen und wenigstens an einem Längsholm angebundener Querholm gezielt entlastet werden können.
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Gemäß einer konkreten erfindungsgemäßen Ausgestaltung wird vorgeschlagen, dass der Tragholm in baulich und funktionell günstiger Weise nach außen zu in gegenüber dem mittleren Bereich größer dimensionierte, kopfförmige Abschnitte als Tragholmaußenabschnitte übergeht, an denen unmittelbar Aufnahmen für Lenker der Radaufhängungen ausgebildet sind. Damit werden die größer und stabil dimensionierten Außenabschnitte des Tragholms in vorteilhafter Funktion gleichzeitig zur Anbindung von Funktionsteilen verwendet.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung soll die Höhe dieser Tragholmaußenabschnitte des Tragholms in Fahrzeughochachsenrichtung gesehen wenigstens das 1,5-fache der Höhe des mittleren Bereichs betragen.
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Insbesondere zur Erzielung einer gleichmäßigen Spannungsverteilung in der Tragholmverbindung wird des Weiteren vorgeschlagen, dass wenigstens eine seitenwandseitige Fügestelle entlang des mittleren Bereiches des Tragholmes in einem von den Gurtbereichen beabstandeten Seitenwandbereich verläuft und dann nach außen zu den Tragholmaußenabschnitten hin wieder in Richtung eines Gurtbereiches verlagert ist, insbesondere in eine gurtseitige Fügeverbindung übergehen. Die Verlagerung kann zum Beispiel über ca. 1/3 der Länge des Tragholms eingearbeitet sein und nach außen zu jeweils bis gegen Null abnehmen.
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Grundsätzlich kann es dabei je nach Lage der Belastungszentren ausreichend sein, dass bei einander in Tragholmlängsrichtung gegenüberliegenden Fügestellen die Halbschalen so zusammengefügt sind, dass eine erste Fügestelle wenigstens im mittleren Bereich im Bereich der Seitenwand angeordnet ist und dementsprechend eine seitenwandseitige Fügestelle ausbildet, während eine gegenüberliegende zweite Fügestelle im mittleren Bereich gurtseitig verläuft und eine gurtseitige Fügeverbindung ausbildet. In diesem Fall kann dann konkret vorgesehen sein, dass eine erste Halbschale U-förmig ausgebildet ist, während die zweite Halbschale L-förmig ausgebildet ist, wobei einer der L-Schenkel der L-förmigen Halbschale einen Ober- oder Untergurt ausbildet, an den einer der U-Schenkel der U-förmigen Halbschale angrenzt und dementsprechend in diesem Angrenzungsbereich die zweite, gurtseitig verlaufende Fügestelle ausbildet, und wobei die beiden weiteren Schenkel der U-förmigen und der L-förmigen Halbschale in einem definierten Seitenwandbereich aneinandergrenzen und die erste, seitenwandseitige Fügestelle ausbilden, die um ein definiertes Maß von den Gurten beabstandet ist. Bevorzugt kann hierbei vorgesehen sein, dass eine der Halbschalen eine seitenwandseitig, vorzugsweise schräg, verlaufende Abkantung ausbildet, die mit dem zugeordneten Seitenwand-Schenkel der anderen Halbschale verschweißt ist.
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Besonders bevorzugt für insbesondere sehr hohe Belastungen ist jedoch ein Aufbau, bei dem in vorteilhafter, weiterer Ausgestaltung der Erfindung die Halbschalen des Tragholmes jeweils U-förmig ausgebildet sind und jeweils einen vom jeweiligen Gurtbereich abragenden sowie einen in etwa vertikal Seitenwandbereich des Tragholms ausbildenden ersten Schenkel (Seitenwand-Schenkel) und weiter jeweils einen zweiten Schenkel aufweisen, wobei der zweite Schenkel vom Gurtbereich auf der dem Seitenwand-Schenkel gegenüberliegenden Seite abragt und eine vorzugsweise schräg verlaufende Abkantung ausbildet, die mit dem Seitenwand-Schenkel der jeweils anderen Halbschale stoffschlüssig verbunden, insbesondere verschweißt ist, so dass die Fügestellen auf den gegenüberliegenden Seiten des Tragholmes jeweils um ein definiertes Maß von den Gurten beabstandet sind. Dies bewirkt praktisch eine dem jeweiligen Obergurt bzw. Untergurt zu gerichtete Verjüngung des Tragholms in Hochrichtung. Je nach Winkelstellung ist die Breite von Ober- und Untergurt und somit die Steifigkeit und Deformation in diesem Bereich variabel einstellbar. Beispielsweise schließen die Seitenwände mit dem Obergurt oder Untergurt jeweils etwa 90 Grad ein und verlaufen die Abkantungen schräg zur jeweiligen Seitenwand.
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Besonders bevorzugt ist dabei insbesondere in fertigungstechnischer Sicht eine Ausgestaltung, bei der die Halbschalen als Gleichteile ausgebildet sind, so dass die einander gegenüberliegenden Fügestellen jeweils um ein gleiches Maß von dem die jeweilige Abkantung der Fügestelle aufweisenden Gurtbereich beabstandet sind. Zudem können mit einem derartigen Aufbau besonders einfach definierte Belastungsfälle beherrscht werden.
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Des Weiteren können in baulich einfacher und fertigungstechnisch günstiger Weise, da kein Schieberschnitt im Werkzeug erforderlich ist, die Seitenwände des Tragholms jeweils stumpf an quer dazu ausgerichtete Flansche der Abkantungen angesetzt und mit diesen verschweißt sein.
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Das Maß (s), um das die wenigstens eine seitenwandseitige Fügestelle im mittleren Bereich des Tragholmes von dem Obergurt und dem Untergurt entfernt ist, beträgt jeweils in etwa 15 mm bis in etwa maximal die Hälfte der Tragholmhöhe (h). Damit können besonders zuverlässige und robuste Hilfsrahmenkonstruktionen erzielt werden, die höchsten Belastungsfällen standhalten. Das Gleiche gilt analog für einen Aufbau, bei dem alternativ oder zusätzlich hierzu vorgesehen ist, dass die quer zur Längserstreckung des Tragholmes gemessene Breite des Obergurts und des Untergurts jeweils in etwa 2/3 der gesamten Breite des Tragholms im mittleren Bereich beträgt.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist im Folgenden anhand der beigefügten, schematischen Zeichnung näher erläutert.
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Es zeigen:
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1 eine raumbildliche Ansicht eines Hilfsrahmens für Kraftfahrzeuge, mit zwei in Fahrtrichtung bzw. Fahrzeuglängsrichtung längs und hier beispielhaft zwei quer dazu ausgerichteten Tragholmen, die hier beispielhaft Aufnahmen für Hilfsrahmenlager und Lenkeranbindungen aufweisen und von denen wenigstens der in Fahrtrichtung hintere, quer verlaufende Tragholm mehr- bzw. hier beispielhaft zweischalig ausgeführt ist;
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2 eine Ansicht Y der 1 auf den zweischaligen Tragholm mit kopfartigen Endabschnitten und einem Längsmittelbereich, in dem die Fügestellen von der Ebene des Obergurtes und des Untergurtes weg verlagert sind;
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3 einen Querschnitt durch den Tragholm entlang der Linie III-III der
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2 gemäß einer ersten Ausführungsform; und
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4 einen Querschnitt durch den Tragholm entlang der Linie III-III der 2 gemäß einer zweiten Ausführungsform.
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Die 1 zeigt einen Hilfsrahmen 10 für Kraftfahrzeuge, der sich im Wesentlichen aus zwei längs ausgerichteten Tragholmen 12, 14 und zwei quer verlaufenden Tragholmen 16, 18 aus bevorzugt Stahl bzw. Metall zusammensetzt, die an ihren Kreuzungspunkten fest miteinander verbunden, insbesondere miteinander verschweißt sind. Der Pfeil F gibt die Fahrtrichtung bzw. Fahrzeuglängsrichtung des Kraftfahrzeugs bzw. die Einbauposition des Hilfsrahmens 10, zum Beispiel im Hinterwagen, an.
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An den Trägern bzw. Tragholmen 12, 14, 16, 18 sind beispielhaft, wie aus 1 ersichtlich ist, hülsenförmige Aufnahmen 20 angeformt, die zur Vierpunktlagerung des Hilfsrahmens 10 über Hilfsrahmenlager am Aufbau (nicht dargestellt) des Kraftfahrzeugs dienen.
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Ferner sind weiter beispielhaft obere und untere, konsolenförmige Aufnahmen 22, 24 an den Tragholmen 12, 14, 18 vorgesehen, über die nicht dargestellte Lenker der zum Beispiel hinteren Radaufhängung des Kraftfahrzeugs insbesondere unter Zwischenschaltung von Gummi-Metall-Lagern angelenkt sind.
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Die oberen Aufnahmen 22 (für die obere Lenkerebene) und die vorderen, unteren Aufnahmen 24 (für die untere Lenkerebene) sind zum Beispiel an die längsverlaufenden Tragholme 12, 14 angeschweißt oder in diese eingeformt, wobei die Tragholme zum Beispiel durch ein im Wesentlichen rohrförmiges, geschlossenes Profil gebildet sein können. Die unteren, hinteren Lenkeraufnahmen 24 sind bevorzugt unmittelbar an den quer verlaufenden, hinteren Tragholm 18 angeformt, was nachfolgend noch ausgeführt wird.
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Die quer verlaufenden Tragholme 16, 18 sind im Wesentlichen rohrförmig bzw. rechteckförmig und zweischalig gefertigt, wobei an dem vorderen Tragholm 16 hier beispielhaft die Aufnahmen 20 für die Hilfsrahmenaufhängung angeformt sind. Der vordere Tragholm 16 kann ggf. ähnlich dem hinteren Tragholm 18 gefertigt sein, der im Folgenden anhand der 2 und 3 detailliert beschrieben wird:
Der hintere Tragholm 18 setzt sich aus zwei Halbschalen 18a, 18b (3) zusammen, die im Wesentlichen symmetrisch zueinander geformt sind und über Fügestellen bzw. Schweißnähte 18c miteinander fest verbunden sind. Die längs verlaufenden Tragholme 12, 14 sind wie die 2 zeigt mit den äußeren Abschnitten 18d des Tragholms 18 fest verschweißt.
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Der Tragholm 18 weist einen mittleren, eingeschnürten bzw. verjüngten Bereich 19 (ca. 1/3 seiner Gesamtlänge) mit einer Höhe h (in Fahrzeughochachsenrichtung z gesehen) und einer definierten Breite auf, der nach außen zu in die kopfförmigen Abschnitte 18d mit der in Fahrzeughochachsenrichtung z größeren Höhe H übergeht. Das Verhältnis H:h beträgt beispielsweise ca. 1,5.
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An die äußeren Abschnitte 18d sind, wie aus 2 ersichtlich ist, die Aufnahmen 24 für Lenker der Radaufhängung unmittelbar eingeformt und die längsverlaufenden Tragholme 12, 14 angebunden bzw. angeschweißt.
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Die U-förmig ausgebildeten Halbschalen 18a, 18b des Tragholms 18 weisen jeweils eine im Wesentlichen vertikal ausgerichtete und durch einen ersten Halbschalenschenkel gebildete, in etwa vertikale Seitenwand SW und einen hier um 90 Grad dazu abgewinkelten Obergurt OG oder Untergurt UG auf und sind über die Schweißnähte 18c fest miteinander verbunden.
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Im mittleren Bereich 19 hingegen (3) sind die Gurte (OG, UG) mit hier beispielhaft schräg zu den Seitenwänden SW verlaufenden Abkantungen 18e als zweite Halbschalenschenkel versehen, die an in ihrer Höhe (bezogen auf die gesamte Höhe) zurückgesetzte Seitenwände SW der jeweils anderen Halbschale anschließen und dort stumpf an Flansche 18f angrenzen bzw. über die Schweißnähte 18c mit diesen fest verbunden sind.
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Das Maß s, das den Abstand der durch die Schweißnähte 18c definierten seitenwandseitigen Fügestellen von den Gurten definiert, beträgt hier beispielhaft jeweils ca. 1/3 der Höhe h des Tragholms 18 im mittleren eingeschnürten bzw. verjüngten Längenbereich 19. Die verbleibende Breite der Gurte (OG, UG) in Fahrzeuglängsrichtung x gesehen beträgt beispielhaft jeweils ca. 2/3 der Gesamtbreite des Tragholms 18 im mittleren eingeschnürten bzw. verjüngten Bereich 19.
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Der mittlere Bereich 19 geht, wie aus 2 ersichtlich ist, kontinuierlich in die äußeren Abschnitte 18d mit der größeren Höhe H über. Die Breite des Tragholms 18 kann nach außen zu gegebenenfalls wie in 1 dargestellt zunehmen.
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Wie dies insbesondere anhand der in 2 eingezeichneten Fügestelle bzw. Schweißnaht 18c ersichtlich ist, ist diese wenigstens im mittleren verjüngten bzw. eingeschnürten Bereich 19 beiderseits von der Spannungsebene der Gurte (OG, UG) weg nach unten bzw. oben verlagert und damit aus diesem regelmäßig stark belasteten Spannungsbereich der Gurte (OG, UG) herausgelegt.
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Durch den verjüngten Mittenbereich 19 und die Verlagerung der Fügestellen 18c von der Gurtoberseite und von der Gurtunterseite weg können die durch die Krafteinleitung der zum Beispiel Lenker ausgeübten Deformationen und Spannungsbelastungen vermehrt in diesen Mittenbereich 19 gelegt werden, wodurch die äußeren Abschnitte 18d des Tragholms 18 entlastet sind. Durch entsprechende Auslegung und Dimensionierung dieses Mittenbereichs 19, zum Beispiel eine Auslegung bis an die Streckgrenze des Materials, kann dann eine gezielte Krafteinleitung und Kraftableitung erzielt werden.
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Die 4 zeigt schließlich einen Querschnitt durch den Tragholm entlang der Linie III-III der 2 gemäß einer zur 3 alternativen Ausführungsform, bei der bei einander in Tragholmlängsrichtung gegenüberliegenden Fügestellen 18c, 18g die Halbschalen 18a, 18b so zusammengefügt sind, dass eine erste Fügestelle im mittleren Bereich 19 im Bereich der Seitenwand SW angeordnet ist und dementsprechend eine seitenwandseitige Fügestelle 18c ausbildet, während eine gegenüberliegende zweite Fügestelle 18g im mittleren Bereich 19 gurtseitig verläuft und eine gurtseitige Fügeverbindung ausbildet.
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Konkret ist hierzu die erste Halbschale 18a U-förmig ausgebildet ist, während die zweite Halbschale 18b L-förmig ausgebildet ist, wobei einer der L-Schenkel der L-förmigen Halbschale 18b hier beispielhaft einen Obergurt OG ausbildet, an den einer der U-Schenkel der U-förmigen Halbschale 18a angrenzt und dementsprechend in diesem Angrenzungsbereich die gurtseitig verlaufende Fügestelle 18g ausbildet. Die beiden weiteren Schenkel der U-förmigen und der L-förmigen Halbschale 18a, 18b grenzen in einem definierten Bereich der Seitenwand SW aneinander und bilden die erste, seitenwandseitige Fügestelle 18c aus, die um ein definiertes Maß s von den Gurten OG, UG beabstandet ist. Wie aus 4 gut ersichtlich ist, bildet eine der Halbschalen 18a eine seitenwandseitig schräg verlaufende Abkantung 18e aus, die mit dem zugeordneten Seitenwand-Schenkel der anderen L-förmigen Halbschale 18b verschweißt ist Die Erfindung ist nicht auf die beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt. Gegebenenfalls kann auch der vordere, quer verlaufende Tragholm 16 wie der hintere Tragholm 18 oder umgekehrt ausgeführt sein. Die Tragholme 12 bis 18 können aus Stahl oder gegebenenfalls aus Leichtmetall gefertigt sein. Die Fügestellen 18c können gegebenenfalls auch durch aneinander anliegende Flansche 18f und durch Punktschweißungen gebildet sein.
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Der Hilfsrahmen 10 kann am Vorbau des Kraftfahrzeugs und/oder auch im Heckbereich zur Abstützung der Lenker einer Radaufhängung verwendet sein.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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